热分析与热物性测量

热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理性质与温度之间关系的技术,在材料科学、化学、物理、生物等众多领域有着广泛应用。通过热分析技术,我们能够快速准确地测定物质的晶型转变、熔融、升华、吸附、脱水、分解等变化,为研究材料性能提供关键数据。

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能力概况

我们拥有一系列耐驰(NETZSCH)的先进热分析与热物性测量仪器,包括TG 309 Libra Classic、DSC 300 Classic、STA 449 F5、TMA 402 F3 Hyperion、DMA 303 Explorer、DIL 402 Expedis、LFA 717等。这些仪器涵盖了热重分析、差示扫描量热分析、同步热分析、热机械分析、动态热机械分析、热膨胀分析以及激光闪射法热扩散率与热导率分析等多种技术,可对材料在不同温度条件下的质量变化、热量变化、尺寸变化、力学性能变化、热膨胀特性以及热扩散和热传导性能等进行精确测量与分析,能够满足科研、生产以及质量控制等多方面的需求,为材料科学研究和产品开发提供全面的数据支持。

仪器设备

1.TG 309 Libra Classic热重分析仪是一款具备高性价比的热重分析仪器,属于Libra系列。主要用于在程序控制温度下,精确测量物质质量随温度的变化关系。


功能特点


具有独特的低体积炉体设计,支持高达200K/min的快速升温速率,并且能在整个温度范围内保持稳定,同时实现从1025°C到室温的快速弹道冷却,大大缩短了测试时间,提高分析效率。该仪器采用集成的BeFlat®基线运行功能,在典型温度测量中无需单独进行基线运行,即可确保准确的质量变化值。此外,其样品热电偶与样品坩埚直接接触,可有效测量材料中的温度变化,结合专利的C-DTA®技术,能够更全面地表征样品特性,并在热重研究中确定相关效应,还可使用DSC标准物质进行温度校准。


技术参数


温度范围为10°C至1025°C;天平分辨率高,能精确检测微小质量变化。


在材料科学领域的应用


在材料科学领域,常用于研究材料的热稳定性,例如评估聚合物材料在高温环境下的分解温度和分解过程;分析材料的成分比例,通过测量加热过程中不同阶段的质量损失,确定材料中各组分的含量;检测材料中的游离水与结晶水含量,对于一些含水分的材料,如无机盐、矿物等,准确测定水分含量对其性能和应用有着重要意义 。


2.DSC 300 Classic用于测量在程序控制温度下,输给物质和参比物的功率差与温度的关系,从而获取物质的热特性信息。


功能特点


具备高灵敏度,能够精确检测样品在发生物理或化学变化时的热量变化。可进行多种类型的测量,如测定材料的熔融温度、结晶温度、玻璃化转变温度等;还能定量测定比热容、反应热、转变热等热力学参数。


技术参数


温度测试范围较宽,可达-170°C至600°C,满足不同材料在不同温度区间的测试需求;拥有良好的分辨率,能够准确分辨微小的热效应变化。


在材料科学领域的应用


在材料研发中,常用于评估新型材料的相转变行为,帮助确定材料的最佳加工温度范围。例如在高分子材料研究中,通过DSC分析可了解聚合物的结晶度、结晶速率以及熔融行为,优化聚合物的合成和加工工艺;在金属材料研究中,用于分析金属的固-固相变、合金化过程中的热效应,为合金成分设计和热处理工艺制定提供依据。


3.STA 449 F5同步热分析仪创新性地将热重分析(TG)与差热分析(DTA)或差示扫描量热(DSC)结合为一体,在同一次测量中利用同一样品即可同步得到热重与差热信息。


功能特点


采用真空密闭结构,仪器配置完善,软硬件功能齐全,适用于多种领域。天平系统性能卓越,可提供高达35g的大称样量和宽测量范围,同时具备0.1μg的高分辨率和极低的漂移量,结合高灵敏度的DSC性能,可在宽广的温度范围(室温至1600°C)内对各类样品进行高精度测试。TGA支持大样品量测试,坩埚最大体积可达5 cm3。采用顶部装样结构,操作方便且性能优越。内置BeFlat®功能,可自动修正与坩埚类型、气氛、升温速率等因素相关的浮力效应,获取平整的基线;还可与QMS、GC - MS或FT - IR联用,进行逸出气体分析,深入探究样品的热分解产物和反应机理。


技术参数


温度范围为室温至1600°C(样品温度);炉体为SiC材质,由马达驱动自动升降,安全便捷;升温速率范围为0.001至50K/min。


在材料科学领域的应用


在陶瓷材料研究中,可用于分析陶瓷坯体在烧结过程中的质量变化、热效应以及晶型转变等,优化陶瓷的烧结工艺;在金属/合金研究中,同步分析材料在加热或冷却过程中的质量变化和热效应,有助于研究合金的熔炼、凝固过程以及热处理过程中的组织转变;在研究含能材料时,通过同步热分析和逸出气体分析,可全面了解含能材料的热分解特性、分解产物以及能量释放过程,为含能材料的安全性评估和性能优化提供重要依据。


4.TMA 402 F3 Hyperion热机械分析仪用于测量材料在程序控制温度下,尺寸或形变随温度、时间或外力的变化关系,是研究材料热机械性能的重要工具。


功能特点


具备多种测量模式,可进行热膨胀测量、针入度测量、应力松弛测量等,满足不同材料和不同测试目的需求。仪器具有高精度的位移传感器,能够精确测量微小的尺寸变化;温度控制精确,可实现稳定的升温、降温或恒温过程。软件功能强大,可实时记录和分析测量数据,并生成直观的图表。


技术参数


温度范围覆盖较广(-150°C~1000°C),可满足大多数材料的测试需求;位移测量分辨率可达亚微米级,能够精确检测材料的微小形变。


在材料科学领域的应用


在研究塑料材料的玻璃化转变温度时,通过TMA测量材料在升温过程中的尺寸变化,可准确确定玻璃化转变温度,这对于塑料的成型加工和产品应用具有重要指导意义;在研究复合材料的热膨胀性能时,TMA可帮助分析复合材料中各组分的热膨胀匹配性,优化复合材料的结构设计,提高其在不同温度环境下的稳定性。


5.DMA 303 Explorer动态热机械分析仪通过对材料样品施加一个已知振幅和频率的振动,测量施加的位移和产生的力,从而精确测定材料的粘弹性、杨氏模量(E*)或剪切模量(G*)随温度、时间或频率的变化关系。


功能特点


拥有多种夹具和测试模式,可适应不同形状和类型的材料样品,如薄膜、纤维、块状材料等。能够在宽频率范围内进行测量,提供材料在不同动态力学条件下的性能信息。仪器具备良好的温度控制精度和稳定性,可实现快速升温、降温以及等温测试。数据采集和分析软件功能丰富,可实时显示和分析测试数据,并进行复杂的数据处理和模型拟合。


技术参数


温度范围(-170-800℃)满足常见材料测试需求;频率范围较宽,可实现从低频到高频的动态力学性能测试。


在材料科学领域的应用


在橡胶材料研究中,DMA可用于评估橡胶的硫化程度、玻璃化转变温度以及动态力学性能,为橡胶配方优化和产品设计提供关键数据;在研究高分子材料的疲劳性能时,通过DMA在循环载荷下对材料进行测试,分析材料的模量衰减和损耗因子变化,预测材料的疲劳寿命,为材料在实际应用中的可靠性评估提供依据。


6.DIL 402 Expedis热膨胀分析仪专门用于测量材料在程序控制温度下的线性热膨胀系数和体积热膨胀系数,以评估材料的热膨胀特性。


功能特点


采用高精度的线性位移传感器,能够准确测量材料在加热或冷却过程中的长度变化,从而精确计算热膨胀系数。仪器具有良好的温度均匀性和稳定性,确保测量结果的准确性和重复性。操作软件简单易用,可方便地设置实验参数、实时监控测量过程,并对测量数据进行处理和分析。


技术参数


温度范围( RT~1600℃ )覆盖从低温到高温的宽广区间;热膨胀系数测量精度高,可满足对材料热膨胀性能精确表征的需求。


在材料科学领域的应用


在金属材料的热处理工艺研究中,热膨胀分析可帮助确定材料在不同温度下的尺寸变化规律,优化热处理工艺参数,避免因热膨胀不匹配导致的材料变形、开裂等问题;在陶瓷材料的烧结过程中,了解陶瓷材料的热膨胀特性对于控制烧结体的尺寸精度和质量至关重要,DIL热膨胀分析仪可为此提供关键数据支持。


7.LFA 717激光闪射法热扩散率与热导率分析仪基于激光闪射法原理,通过测量激光脉冲加热样品后,样品背面温度随时间的变化,从而计算材料的热扩散率,并进一步根据材料的比热容和密度计算热导率。


功能特点


测量速度快,能够在短时间内完成对样品热扩散率和热导率的测量。可测量多种类型的材料,包括固体、粉末、薄膜等。仪器具有高精度的温度测量系统和数据采集系统,确保测量结果的准确性和可靠性。配备自动化的操作软件,可实现实验过程的自动化控制和数据的快速处理分析。


技术参数


温度范围( RT~500℃ )可满足不同材料在不同温度条件下的热物性测量需求;热扩散率和热导率测量精度高,能够准确表征材料的热传导性能。


在材料科学领域的应用


在电子材料研究中,热导率是评估材料散热性能的关键参数,LFA 717可用于测量电子封装材料、散热片材料等的热导率,为优化电子设备的散热设计提供依据;在研究新型隔热材料时,通过测量材料的热扩散率和热导率,可评估材料的隔热性能,筛选出性能优良的隔热材料,推动隔热材料的研发和应用。